Ce este un tren de potențiale de acțiune?

Un tren sau un lanț de potențiale de acțiune (tren cu vârfuri în engleză) este o secvență de înregistrări temporale în care un neuron declanșează semnale electrice sau impulsuri nervoase. Această formă particulară de comunicare între neuroni este obiectul de interes și de studiu al comunității neuroștiințifice, deși mai rămân multe răspunsuri de răspuns.

În acest articol vom vedea care sunt aceste trenuri de potențiale de acțiune, care este durata și structura lor, în ce constă în conceptul de codificare neuronală și în ce stare de cercetare se află în prezent în aceasta subiect.

• Articol înrudit: "Tipuri de neuroni: caracteristici și funcții"

Ce este un tren de potențiale de acțiune?

Pentru a înțelege ce sunt trenurile cu potențial de acțiune, să vedem mai întâi în ce constă un potențial de acțiune.

Creierul nostru conține aproximativ sute de miliarde de neuroni emit semnale pentru a comunica între ei în mod constant. Aceste semnale sunt de natură electrochimică și călătoresc din corpul celular al unui neuron, prin axonul sau neuritul său, la următorul neuron.

Fiecare dintre aceste semnale sau impulsuri electrice este cunoscut ca potențial de acțiune. Potențialele de acțiune apar ca răspuns la stimuli sau spontan și fiecare fotografie durează de obicei 1 milisecundă.

Un tren de potențiale de acțiune este pur și simplu o secvență combinată de declanșare și nedeclanșare. Pentru a fi mai ușor de înțeles: să ne imaginăm o secvență digitală de zerouri și unu, ca într-un sistem binar; am atribui un 1 pentru călătorie și un 0 pentru călătoria fără. În acest caz, un tren de potențiale de acțiune ar putea fi codificat ca o secvență numerică, cum ar fi: 00111100. Primele două zerouri ar reprezenta timpul de latență dintre prezentarea stimulului și primul potențial de declanșare sau acțiune.

Trenurile de potențial de acțiune pot fi generate prin aportul senzorial direct din vedere, atingere, sunet sau miros; și pot fi induse și de stimuli abstracti declanșați de utilizarea proceselor cognitive precum memoria (prin evocarea amintirilor, de exemplu).

• Te-ar putea interesa: "Potențial de acțiune: ce este și care sunt fazele sale?"

durata si structura

Durata și structura unui tren de potențiale de acțiune depind în general de intensitatea și durata stimulului. Aceste tipuri de potențiale de acțiune durează de obicei și rămân „pornite” atâta timp cât stimulul este prezent.

Cu toate acestea, unii neuroni au proprietăți electrice speciale care îi determină să producă un răspuns susținut la un stimul foarte scurt. În acest tip de neuroni, stimulii de intensitate mai mare tind să provoace trenuri mai lungi de potențiale de acțiune..

Când potențialele de acțiune sunt înregistrate în mod repetat de la un neuron ca răspuns la stimuli schimbându-se (sau când un organism generează comportamente diferite), acestea tind să mențină o relativă grajd. Cu toate acestea, modelul de declanșare al fiecărui tren de potențiale de acțiune variază pe măsură ce stimulul se modifică; În general, viteza cu care sunt trase focurile (ritmul de tragere) se modifică în funcție de diferite condiții.

codificare neuronală

potenţial de acţiune trenuri au fost și continuă să fie de interes pentru comunitatea neuroștiințifică, având în vedere particularitățile sale. Mulți cercetători încearcă să afle în studiile lor ce fel de informații sunt codificate în aceste potențiale de acțiune și modul în care neuronii sunt capabili să le decodeze.

Codarea neuronală este un domeniu al neuroștiinței care studiază modul în care informațiile senzoriale sunt reprezentate în creierul nostru prin intermediul rețelelor neuronale. Cercetătorii se confruntă adesea cu mari dificultăți în încercarea de a descifra trenurile potențiale de acțiune.

Este dificil să ne gândim la un tren de potențiale de acțiune ca fiind un dispozitiv de ieșire pur binar.. Neuronii au un prag minim de activare și se declanșează numai dacă intensitatea stimulului este peste acel prag. Dacă este prezentat un stimul constant, va fi generat un tren de potențiale de acțiune. Cu toate acestea, pragul de activare va crește în timp.

Aceasta din urmă, care este ceea ce se numește adaptare senzorială, este rezultatul unor procese precum desensibilizarea sinaptică, o scădere a răspunsului la stimulul constant produs la sinapsă (conexiunea chimică dintre doi neuroni).

Acest rezultat va duce la o reducere a declanșării asociate stimulului, care va scădea în cele din urmă la zero. procesul menționat ajută creierul să nu fie supraîncărcat cu informații din mediu care rămân neschimbate. De exemplu, când după un timp încetăm să mai mirosim parfumul pe care l-am aplicat sau când ne adaptăm la un zgomot de fond care ne deranjează inițial.

Cercetare recentă

După cum știm deja, neuronii comunică prin generarea potențialelor de acțiune, care sunt se poate răspândi de la un neuron (emițător sau presinaptic) la altul (primitor sau postsinaptic) prin sinapsa. Astfel, atunci când neuronul presinaptic generează potențialul de acțiune, neuronul postsinaptic este capabil să-l primească și generează un răspuns care, în cele din urmă, poate produce un nou potențial de acțiune, în acest caz postsinaptic.

Secvențe diferite sau trenuri de potențiale de acțiune presinaptice produc în general lanțuri diferite de potențiale de acțiune postsinaptice. Din cauza asta comunitatea neuroștiințifică consideră că există un „cod neuronal” asociat cu sincronizarea potențialelor de acțiune; adică același neuron ar putea folosi mai multe secvențe diferite de potențiale de acțiune pentru a codifica, la rândul său, diferite tipuri de informații.

Pe de altă parte, activitatea electrică a unui neuron este de obicei variabilăși rareori este în întregime determinată de stimul. Înainte de repetări succesive ale aceluiași stimul, neuronul va răspunde de fiecare dată cu un lanț diferit de potențiale de acțiune. Până acum, cercetătorii nu au reușit să caracterizeze răspunsul neuronilor la stimuli și nici nu au reușit să determine clar modul în care este codificată informația.

Ceea ce sa gândit până acum este că toată informația stocată într-un tren de potențiale de acțiune era codificată în frecvența acestuia; adică în numărul de potenţiale de acţiune care apar pe unitatea de timp. Dar în ultimii ani, se investighează posibilitatea ca momentele precise în care are loc fiecare potențial de acțiune să conțină informații critice și chiar o „semnătură neuronală”; adică un fel de model temporal care ar permite identificarea neuronului emițător.

Cele mai recente investigații indică proiectarea unei noi metode care să permită caracterizarea a lanț de potențiale de acțiune bazate pe timpii fiecăruia dintre potențialele de acțiune ale la fel. Prin aplicarea acestei proceduri, ar fi posibil să se alinieze diferitele secvențe și să se determine ce potențiale de acțiune sunt echivalente în fiecare dintre lanțuri. Și cu aceste informații, s-ar putea calcula distribuția statistică care urmează fiecărui potențial de acțiune într-un „tren ideal” ipotetic.

Acel tren ideal de potențiale de acțiune ar reprezenta modelul comun, al cărui trenuri reale este doar o realizare concretă. Odată caracterizat, ar fi posibil să știm dacă un nou lanț de potențiale de acțiune s-ar putea potrivi distribuției sau nu și, prin urmare, să știm dacă codifică aceeași informație. Acest concept al trenului ideal ar putea avea implicații interesante pentru studiul și interpretarea codului neuronal, precum și pentru consolidarea teoriei semnăturilor neuronale.

Referințe bibliografice:

• Strong, S.P., Koberle, R., de Ruyter van Steveninck. R.R., Bialek, W. (1998). Entropie și informații în trenurile de vârfuri neuronale. Phys Rev Lett; 80:pp. 197 - 200.